[发明专利]一种多相催化剂实施均相催化臭氧氧化降解水中有机污染物的方法

说明书

一种多相催化剂实施均相催化臭氧氧化降解水中有机污染物的方法，以金属离子键合碳材料为催化剂，用催化臭氧氧化降解水中有机污染物过程中小分子酸副产物的生成和降解所导致的溶液pH的变化，引发Meⁿ⁺在碳材料表面可逆的脱附‑吸附过程，进而实现Meⁿ⁺‑C多相催化剂均相催化臭氧氧化降解水中污染物的过程。该过程催化活性高，反应过程中以溶解在水中的金属离子形式均相催化臭氧氧化降解污染物；该催化剂易于回收再利用和再生，反应结束后，溶液中的金属离子重新吸附到碳材料表面，以多相催化剂形式回收；该过程无需添加任何辅助化学试剂，金属离子在碳材料表面可逆的脱附‑吸附过程由污染物降解过程中小分子酸副产物的生成和降解引发。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种金属离子键合碳材料多相催化剂实施均相催化臭氧氧化降解水中有机污染物的应用方法。

背景技术

臭氧氧化技术是以臭氧(O₃)或者由O₃分解产生的活性中间产物为氧化剂，实现对有机污染物的氧化分解与矿化。O₃氧化能力高，但受制于O₃在水中较低的溶解度和优先破坏不饱和、芳香类结构的反应选择性，单纯臭氧氧化技术对有机污染物的矿化效率不高。催化臭氧氧化技术是通过催化剂强化O₃分解产生羟基自由基(·OH)等活性氧物种过程，进而提高臭氧利用率及有机污染物矿化率的技术。近年来，该技术在饮用水净化和废水深度处理等领域得到了广泛的关注。

催化剂在催化臭氧氧化过程中起着关键性的作用，开发研制具有高催化性能、易于回收再利用的催化剂，从而进一步提高水中有机污染物的去除率和臭氧的利用率，进而降低运行成本，是目前该技术领域的研究重点。根据催化剂的形态不同催化臭氧氧化技术分为均相催化臭氧氧化技术和多相催化臭氧氧化技术。均相催化剂催化臭氧氧化活性高，但存在金属离子的回收再利用难、易造成水体的二次污染的问题。多相催化剂易于回收再利用，但催化过程中的液-固间传质阻力使其催化性能通常低于其同种金属离子均相催化过程。

因此，开发一种可以实现均相催化过程的多相催化剂，使催化臭氧氧化技术同时具备均相及多相催化过程的优势，对实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明主要针对目前多相催化臭氧氧化催化剂存在的催化性能低的问题，提供一种利用金属离子键合碳材料(Meⁿ⁺-C)多相催化剂实施均相催化臭氧氧化高效降解水中有机污染物的应用方法。

本发明的技术方案：

一种利用Meⁿ⁺-C多相催化剂实施均相催化臭氧氧化高效降解水中有机污染物的应用方法，是通过催化臭氧氧化技术降解水中有机污染物过程中溶液pH的自发变化引起金属离子在碳材料表面的可逆的脱附-吸附过程，实现Meⁿ⁺-C多相催化剂均相催化臭氧氧化过程。

所述的溶液pH的自发变化是由有机污染物降解过程中小分子酸副产物的生成和降解引起的。

所述的金属离子在碳材料表面的可逆的脱附-吸附过程是由溶液pH的降低和升高导致的。

所述的均相催化过程是由脱附进入溶液中的Meⁿ⁺实现的。

一种多相催化剂实施均相催化臭氧氧化降解水中有机污染物的方法，具体为利用Meⁿ⁺-C实现均相催化臭氧氧化降解水中有机污染物的应用方法，步骤如下：

第一步，Meⁿ⁺-C催化剂的制备

(1)将碳材料置于体积比为1:3的68wt.％浓硝酸和98wt.％浓硫酸混合液中，80-120℃条件下加热回流1小时；

(2)冷却后，超纯水洗涤三次，经过真空抽滤分离、真空冷冻干燥得到酸化后的碳材料；